徐涓涓
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院,四川 成都 611130)
在自然界中,鉛主要以硫化物的形式存在。鉛的主要來源是采礦、電池生產(chǎn)、汽車尾氣排放、冶金、油漆和涂料、煤炭燃燒等。其中汽車尾氣是城市最嚴(yán)重的污染源。
大氣沉降能使空氣中的大部分鉛污染物進(jìn)入水體或土壤,同時(shí)土壤中的鉛也可以在和地下水的相互作用中進(jìn)入水體,或者通過種植在土壤中的植物吸收富集鉛元素而進(jìn)入水循環(huán)系統(tǒng)。此外,一些鉛污染通過人類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)直接進(jìn)入水體,污染地下水,如廢鉛酸蓄電池、電鍍廢水等。
在城市中,土壤鉛污染是一種非常普遍的現(xiàn)象,主要集中在工業(yè)、采礦和商業(yè)區(qū)域。而在風(fēng)景區(qū)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)這種人類活動(dòng)較少,汽車尾氣排放較輕的環(huán)境中,土壤鉛污染也相對(duì)較輕。同時(shí),道路兩側(cè)土壤中鉛污染具有一定的規(guī)律性[1],主要表現(xiàn)為道路兩側(cè)鉛污染呈帶狀分布,污染范圍主要集中在距公路200米范圍內(nèi),在30cm范圍內(nèi),土壤表層鉛含量較高,下層鉛含量較低,而長距離公路從公路附近到橫向區(qū)域內(nèi)呈高斯下降。
在20世紀(jì)九十年代時(shí)大氣中的鉛污染還是主要源自汽車尾氣,燃煤、陶瓷和冶金工業(yè)中的廢氣排放。到21世紀(jì)的時(shí)候汽車尾氣所排放的鉛污染物占比已經(jīng)大幅減少,但是仍作為主要污染源之一,其他難以解決的主要源頭仍包括燃煤、陶瓷與冶金工業(yè)。
鉛污染物在天然水體中的含量較低,是因?yàn)樘烊凰泻幸恍╆庪x子,如硫酸根,碳酸根、氫氧根等,較容易與鉛離子化合生成難溶化合物,因此污水中的鉛污染物濃度不會(huì)超過20mg/L。而且由于懸浮固體和沉積物對(duì)鉛的吸附作用,水中的鉛含量將迅速下降到每升幾微克或更低,這也是水中鉛的主要凈化過程。同時(shí),水環(huán)境中鉛的遷移方式主要是由于附著在懸浮物上,隨水流搬運(yùn)遷移。
與其他的重金屬元素一樣,鉛不能在水中降解,只能以不同形態(tài)分散、富集和轉(zhuǎn)化。因此根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同,鉛的遷移轉(zhuǎn)化可以分為機(jī)械遷移轉(zhuǎn)化、物理化學(xué)遷移轉(zhuǎn)化和生物遷移轉(zhuǎn)化。
1.機(jī)械遷移轉(zhuǎn)化。鉛在水中的機(jī)械遷移主要是由于污染物包裹在礦物或有機(jī)膠體中,或附著在懸浮固體中,并以溶解態(tài)或顆粒泰的形式隨水流動(dòng)而遷移。
2.物理化學(xué)遷移轉(zhuǎn)化。在水體中,鉛的物理化學(xué)遷移轉(zhuǎn)化可以通過沉淀作用、吸附作用和氧化還原作用進(jìn)行。水中鉛與其它物質(zhì)反應(yīng)形成絡(luò)合物,沉淀在沉積物中,從而抑制了鉛在水中的擴(kuò)散范圍和擴(kuò)散速度。此外,帶正電的鉛離子能被水中帶負(fù)電的膠體吸附住發(fā)生聚沉,使大量的鉛污染物沉積在底泥中,實(shí)現(xiàn)了鉛從水體轉(zhuǎn)化到上部沉積物中的過程。但是一定條件下,上層底泥中的鉛會(huì)通過一系列的物理、化學(xué)或生物過程再次釋放到水中,造成二次污染,因此水中存在潛在的污染源[2]。
3.生物遷移轉(zhuǎn)化。鉛可以通過生物代謝進(jìn)行遷移,其中最重要的一種方式便是食物鏈。鉛可以沿著食物鏈或食物網(wǎng)從一個(gè)營養(yǎng)級(jí)遷移到另一個(gè)營養(yǎng)級(jí),在遷移過程中,鉛污染物的影響將逐級(jí)放大[3]。也就是說,從低營養(yǎng)水平到高營養(yǎng)水平,鉛濃度呈倒金字塔分布。能量傳遞的營養(yǎng)水平越高,鉛污染物的影響被放大的比例就越高。按照這種過程,鉛會(huì)沿食物鏈逐級(jí)的積累,所以當(dāng)營養(yǎng)級(jí)到達(dá)人的時(shí)候,鉛濃度已經(jīng)非常高了,會(huì)對(duì)人體造成極大的危害。
鉛在土壤中有較強(qiáng)的吸附能力,較容易滯留在表層土壤中,殘存時(shí)間較長,屬于難遷移累積型重金屬。
1.鉛的植物吸收遷移轉(zhuǎn)化途徑。植物能吸收土壤溶液中的可溶性鉛[4],其中大部分可積聚在植物根系中,少數(shù)可轉(zhuǎn)移到莖、葉或種子中,植物葉片的氣孔也能吸收大氣中的鉛。
2.鉛的有機(jī)質(zhì)富集遷移轉(zhuǎn)化途徑。土壤有機(jī)質(zhì)和礦物膠體可以吸附鉛離子[5],然而有機(jī)物中含有大量的官能團(tuán),其吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于礦物膠體。更重要的是,有機(jī)質(zhì)分解出的小分子有機(jī)酸、腐殖質(zhì)、腐殖酸等能與重金屬結(jié)合形成絡(luò)合物,從而降低鉛在土壤中的毒性。其中有機(jī)酸中的羧基、羥基和氨基可以與重金屬結(jié)合形成有機(jī)金屬絡(luò)合物,從而溶解重金屬[6]。腐殖質(zhì)還可以與重金屬結(jié)合成有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬。
大氣中的鉛污染物能通過大氣沉降作用進(jìn)入水體或土壤環(huán)境中。空氣中的懸浮污染物也能夠通過呼吸道進(jìn)入動(dòng)物包括人的體內(nèi),逐漸積累造成鉛中毒。
目前,鉛污染物對(duì)環(huán)境的影響越來越嚴(yán)重,因此控制和減輕鉛對(duì)環(huán)境的污染和危害已迫在眉睫。利用不同元素的相互作用從吸收水平上減少植物鉛的攝入,可以減少鉛在食物鏈中的傳遞,減少其對(duì)動(dòng)植物的危害,避免鉛對(duì)人體的嚴(yán)重危害。鉛污染需要更多的學(xué)者進(jìn)行深入研究,其治理也是我們當(dāng)今社會(huì)亟待解決的重要問題。